KR20010091030A

KR20010091030A - 이방성 박막 평가 방법 및 평가 장치

Info

Publication number: KR20010091030A
Application number: KR1020010015443A
Authority: KR
Inventors: 히로사와이치로; 다노오카다이스케
Original assignee: 가네꼬 히사시; 닛본 덴기 가부시끼가이샤; 추후보충; 닛본 레이저 앤드 일렉트로닉스 랩.
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2001-03-24
Publication date: 2001-10-22
Also published as: JP3447654B2; US6486951B2; US20010024277A1; KR100399206B1; JP2001272307A

Abstract

이방성 박막을 평가하기 위한 장치에 있어서, 광학적 시스템은 소정 직경과 편광 상태를 갖는 광 빔을 생성하여 이 광빔을 이방성 박막에 대응하는 박막 샘플에 입사광으로서의 입사시킨다. 편광자는 박막 샘플의 광학적으로 하류측에 배치된다. 검광자의 광학적으로 하류측에서, 2차원 광 강도 검출기는 검광자를 거쳐 박막 샘플로부터 구해지는 반사광을 검출하도록 배치된다. 검출기는 광 강도 분포를 생성한다. 광 강도 분포에 기초하여, 평가부는 박막 샘플의 광학적 이방성의 면내 분포를 평가한다.

Description

이방성 박막 평가 방법 및 평가 장치{METHOD OF EVALUATING AN ANISOTROPIC THIN FILM AND AN EVALUATING APPARATUS}

본 발명은 액정 분자에 초기 배향을 제공하는 액정 배향막과 같은 광학적인 이방성을 갖는 박막을 평가하는 방법에 관한 것이다.

이방성 박막을 평가하는 방법으로서는, 반사광을 이용하는 방법이 알려져 있으며, 이러한 방법은 예를 들면, 일본 무심사 특허 공보(JP-A) 평3-65637호(제1 종래 기술), 평8-49320호(제2 종래 개술), 7-151640호(제3 종래 기술), 및 평5-5699호(제4 종래 기술)에 개시되어 있다.

제1 종래 기술에는 반사된 광 강도의 입사각 및 입사 방향 의존성에 기초하여 이방성을 측정하는 방법이 개시되어 있다. 제2 종래 기술에는 배향 영역의 유전율, 막 두께 및 주 유전율 좌표 방향과, 비배향 영역의 유전율 및 막 두께를 결정하는 방법이 개시되어 있다. 제3 종래 기술에는 적외선을 이용하여 2색차에 따라 이방성을 측정하는 방법이 개시되어 있다. 제4 종래 기술에는 가시광선을 이용하여 입사각을 변화시켜서 이방성을 측정하는 방법이 개시되어 있다.

이방성 박막으로서는, 액정 표시 성분에 사용하기 위한 배향 처리가 행해진 액정 배향막이 알려져 있다. 이러한 막을 평가하는 방법은 일본 무심사 특허 공보(JP-A) 평4-95845호(제5 종래 기술)에 개시되어 있다. 특히, 제5 종래 기술에는 막에 직선 편광을 입사한 때에 발생하는 반사광 강도를 측정하는 것에 의해 이방성을 평가하는 방법이 개시되어 있다.

높은 결정성을 갖는 무기물에서는, 박막의 결정 구조와 광학적인 이방성간의 관계가 명확하다. 따라서, 제1 내지 제3 종래 기술의 방법에 의해 분자 배향과 등가인 액정 배향을 정량적으로 평가하는 것이 가능하다. 그러나, 각 방법에서 한번에 측정될 면적이 좁거나 측정에 시간을 요하는 문제가 있다.

한편, 박막 샘플에 P 편광한 광을 기판의 편광각으로 입사하고, 반사광의 편광 성분의 강도를 측정함으로써 막의 이방성을 평가하는 방법이 알려져 있다(JP-A 평10-291726호). 이 방법을 사용함으로써, P 편광한 광을 편광각으로 입사함으로써 반사된 광의 P 편광 성분의 강도를 최소로 할 수 있게 된다. 이로써, 막의 이방성에 의해 발생되는 S 편광 성분을 갖는 광의 강도를 측정하는 정확도가 높아진다. 이방성막이 기판 상에 직접적으로 형성되는 경우, P 편광한 광을 기판상에 편광각으로 입사시킴으로써 반사된 광내의 P 편광 성분을 최소치로 할 수 있다. 그러나, 일반적으로, 액정 표시 성분과 같은 다중막 구조를 갖는 샘플이 사용될 때, 반사된 광의 P 편광 성분이 결여된 편광각을 명확하게 정의할 수 없기에 이 방법을 적용하기 어렵다.

게다가, S 편광 성분은 P 편광의 입사에 응답하여 발생된 반사광에 포함된다. S 편광 성분은 샘플의 광학적인 이방성을 갖는 영역의 두께와 광학적 이방성의 정도에 따라 좌우되는 양을 갖는다. 특히, 그 양은 이방성이 작아지거나 두께가 얇아지게 됨에 따라 더 줄어들게 된다. 그 결과, 광학적인 이방성을 검출하는 한계는 광원의 강도와 검출기의 감도에 의해 결정된다. 따라서, 검출 감도를 향상시키는 것은 곤란하다.

제4 종래 기술에는 배향막의 표면 상에 직선 편광이 입사될 때 배향막의 표면에서의 반사광량을 이용하여 배향막의 액정 배향을 평가하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 임의의 진동 방향을 갖는 직선 편광의 입사에 응답하여 발생된 반사된 광의 강도는 막의 굴절율만이 아니라 막의 두께에 따라 좌우된다. 따라서, 제4 종래예에서는, 반사된 광의 강도로부터 굴절율의 이방성을 검출하는 것이 곤란하다.

부가적으로, 제5 종래 기술에 개시된 바와 같이, 샘플의 표면에 직선 편광이 수직하게 입사될 때, 입사광과 반사광은 동일한 광학 경로를 관통한다. 그러나, 광원과 광강도 검출기를 동일한 광학 경로상에 배치하는 것이 불가능하며, 수직 입사를 실행한다는 것 또한 불가능하다.

빔 스플리터(beam splitter)가 사용될 때, 광원과 광강도 검출기를 동일한 광학 경로상에 배열할 필요가 없다. 그러나, 이 빔 스플리터는 반사광과 투과광의 편광 상태를 유지하기 위한 것이 아니기에, 수직 입사를 실현하는 겻은 불가능하다.

제5 종래 기술에서, 광은 막의 표면에 수직이 아니라 경사각으로 입사된다. 이 경우, 입사된 광과 반사된 광은 2개의 성분을 갖는다. 성분들 중 하나는 샘플 표면에 평행한 진동 성분인 S 편광 성분이다. 성분들 중 다른 하나는 광의 진행 방향과 S 편광 성분 양측에 수직한 진동 성분인 P 편광 성분이다. 샘플이 동일한 광학적 방향을 가질 때, P 편광 성분과 S 편광 성분은 서로 상이한 굴절율을 갖는다. 샘플 표면에 소정 각으로 광이 입사될 때, 입사광의 편광 상태는 S 편광으로 특정된다.

P 편광 성분은 막 표면에 평행하거나 수직한 진동 방향을 갖지 않는다는 것에 유의하여야 한다. 러빙(rubbing) 방향, 즉 배향 처리 방향에 평행한 진동 방향의 광을 입사시키기 위해서는, 러빙 방향에 수직한 방향으로 샘플에 S 편광된 광을 입사시킬 필요가 있다. 한편, 러빙 방향에 수직한 진동 방향의 광을 입사시키기 위해서는, 러빙 방향에 평행한 방향으로 S 편광된 광을 입사시킬 필요가 있다.

특히, 막 표면을 천(cloth)으로 러빙함으로써 배향 처리되는 액정 배향막을 사용하는 경우에, 러빙 방향과 거의 평행하게 막 표면상에 홈형상의 이방성 울퉁불퉁함이 생긴다. 반사된 광의 강도가 이방성 표면 상태로 인해 입사 방향에 따라 상이하게 되기 때문에, 제5 종래 기술에 개시된 방법에 의해 막의 광학적 이방성을 정확하게 측정하는 것이 불가능하다. 더욱이, 배향 방향을 알 수 없는 샘플이 사용될 때에는, S 편광 방향이 배향 방향에 평행하거나 수직하게 되도록 광이 입사되지 않는다.

전술한 바와 같이, 제5 종래 기술에 따르면, 샘플 표면에 직선 편광이 입사될 때 발생된 반사광의 강도를 측정한 결과에 기초하여 막의 이방성을 정확하게 측정하는 것은 불가능하다.

따라서, 본 발명의 목적은 박막 재료의 광학적 이방성의 면내 분포를 고속으로 평가하면서도 정확하게 할 수 있는 이방성 박막 평가 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 두꺼운 막 재료의 광학적 이방성의 면내 분포를 고속으로 평가하면서도 정확하게 할 수 있는 평가 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적들은 설명이 진행됨에 따라 명백해질 것이다.

본 발명에 따르면, 이방성 박막을 평가하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 이 방법은 렌즈, 편광자, 및 위상 변환기를 이용하여 소정 직경과 편광 상태를 갖는 광 빔을 생성하고, 상기 광 빔을 상기 이방성 박막에 대응하는 박막 샘플에 입사광으로서 투사시키는 단계; 검광자를 거쳐 2차원 광 강도 검출기에 의해 상기 박막 샘플로부터 구해진 반사된 광을 검출하여 광 강도 분포를 구하는 단계; 및 상기 광 강도 분포에 기초하여 상기 박막 샘플의 광학적 이방성의 면내 분포를 평가하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 이방성 박막 평가 장치가 제공된다. 이 평가 장치는 렌즈, 편광자 및 위상 변환기를 포함하며, 소정 직경과 편광 상태를 갖는 광 빔을 생성하여, 상기 광 빔을 상기 이방성 박막에 대응하는 박막 샘플에 입사광으로서 투사시키는 광 시스템; 상기 박막 샘플의 광학적으로 하류측에 배치된 검광자; 상기 검광자의 광학적으로 하류측에 배치되어 상기 검광자를 통해 상기 박막 샘플로부터 구해진 반사광을 검출하여 광 강도 분포를 구하는 2차원 광 강도 검출기; 및 상기 2차원 광 강도 검출기에 접속되어 상기 광 강도 분포에 기초하여 상기 박막 샘플의 광학적 이방성의 면내 분포를 평가하기 위한 평가부를 포함한다.

Rpp(P 편광을 입사함으로써 생성된 반사광의 p 편광 성분), Rsp(P 편광을 입사함으로써 생성된 반사광의 s 편광 성분), Rps(S 편광을 입사함으로써 생성된 반사광의 p 편광 성분) 및 Rss(S 편광을 입사함으로써 생성된 반사광의 S 편광 성분)가 이방성 박막에 p 편광 또는 S 편광을 입사함으로써 생성되는 반사광의 p 성분과 S 성분에 대한 복합 진동율로서 주어질 때, Rsp와 Rps는 샘플은 광학적 이방성인경우에는 값을 가지고, 샘플이 광학적 등방성인 경우에는 제로가 된다.

일반적으로, Rsp와 Rps의 절대치는 Rpp와 Rss의 절대치에 비해 매우 작다. 샘플의 광학적 이방성이 작아짐에 따라, Rsp와 Rps의 절대치는 작아진다. 편광자와 검출기만을 결합하여 이방성을 측정하는 방법에서, 검출된 강도는 Rsp의 절대치의 자승에 비례한다. 따라서, 검출된 강도는 막의 광학적 이방성이 작게 될 때 급속도로 약해진다.

한편, 본 발명의 편광자, 위상 변환기 및 검광자를 결합한 광 시스템에서, Rss, Rps 및 Rpp의 임의의 결합에 대해 최하위 검출기를 투과하는 광의 강도를 제로로 할 수 있다. 즉, 반사된 광을 임의의 광학적 특성의 막에서 상류의 직선 편광으로 변화시킬 수 있다. 이러한 종류의 직선 편광은 다음 수학식 1과 같다.

여기서, a, b, c 및 d는 임의의 복소수이다.

샘플이 등방성인 경우, 직선 편광은 다음 수학식 2와 같다.

광검자의 방향이 (a×Rss + d×Rss)의 광에 대해 소광 상태가 되도록 배열될 때, (a×Rss + b×Rps + c×Rsp + d×Rss)로 주어지는 이방성 샘플로부터 광의 검출된 강도는 다음 수학식 3과 같다.

여기서, a*, Rss*, d*, Rpp*, b*, Rps*, c*, Rsp*는 각각 a, Rss, d, Rpp, b, Rps, c, Rsp의 공역복소수들이다. 수학식 3에 나타난 바와 같이, 미소량인 Rsp와 Rps와 그 공역복소수에 대해서는 1차항을 포함한다. 편광자, 위상 변환기 및 검광자를 포함하는 배열은 검출된 강도가 샘플의 이방성과의 상관이 높은 1차 미소량인 Rsp와 Rps에 비례하는 항을 포함한다. 따라서, 이 방법은 2차 미소량 Rsp와 Rps의 검출된 강도의 편광자와 검광자를 결합함으로써 이방성을 평가하는 방법보다 이방성에 대해 민감성이 더 높다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서는, 편광자, 위상 변환기 및 검광자를 결합한 배열에 의해 검출된 강도는, 막의 이방성에 기인하는 s 편광을 입사한 때에 발생하는 p 편광 성분 및 p 편광을 입사한 때에 발생하는 s 편광 성분의 복소 진동 반사율에 비례하는 성분을 포함한다. 따라서, 광 이방성의 막 샘플에 일정한 편광 상태의 광을 입사함으로써 발생되는 반사광의 편광 상태는 막의 광학적 이방성으로 인해 샘플에의 광의 입사 방향에 따라 변화된다. 적절한 입사 방향을 선택하여 면내 회전 메카니즘을 갖는 샘플 상태를 사용함으로써 막의 광학적 이방성의 면내 분포가 측정된다. 게다가, 평행 이동 메카니즘을 갖는 스테이지를 사용함으로써 넓은 영역에서 광학적 이방성의 면내 분포를 측정할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 평가 장치의 개략적인 도면.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 평가 장치의 개략적인 도면.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 평가 장치의 개략적인 도면.

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 평가 장치의 개략적인 도면.

도 5는 도 1 내지 도 5의 각 평가 장치에 사용된 샘플 스테이지의 사시도.

도 6은 도 1의 평가 장치에서 샘플 방향 0°에서의 검출 강도 분포를 나타낸 도면.

도 7은 도 1의 평가 장치에서 샘플 방향 45°에서의 검출 강도 분포를 나타낸 도면.

도 8은 도 1의 평가 장치에서 샘플 방향 90°에서의 검출 강도 분포를 나타낸 도면.

도 9는 도 1의 평가 장치에서 샘플 방향 135°에서의 검출 강도 분포를 나타낸 도면.

도 10은 도 1의 평가 장치에서 샘플 방향 180°에서의 검출 강도 분포를 나타낸 도면.

도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 평가 장치의 개략적인 도면.

도 12는 본 발명의 제6 실시예에 따른 평가 장치의 개략적인 도면.

도 13은 본 발명의 제7 실시예에 따른 평가 장치의 개략적인 도면.

도 14는 본 발명의 제8 실시예에 따른 평가 장치의 개략적인 도면.

도 15는 도 13의 평가 장치의 샘플 방향의 검출 강도 분포를 나타낸 도면.

도 16은 본 발명의 제9 실시예에 따른 평가 장치의 개략적인 도면.

도 17은 도 16의 평가 장치에서의 검출 강도 분포를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 단색 광원

2 : 편광자

3 : 박막 샘플

4 : 샘플 스테이지

5 : 검광자

6 : CCD 카메라

7 : 1/4 파장 보드

8 : 모니터

9 : 빔 신장기

10 : 콘덴서 렌즈

본 발명의 실시예에 따른 다양한 평가 장치에 관해 설명할 것이다. 평가 장치들 각각은 이방성 박막의 평가용이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 평가 장치는 단색 광원(1), 편광자(2), 샘플 스테이지(4), 검광자(analyzer; 5), 2차원 광 강도 검출기로서 사용되는 CCD 카메라(6), 위상 변환기로서 사용되는 1/4 파장 보드(7), 모니터(8), 빔 신장기(beam expander; 9) 및 콘덴서 렌즈(10)를 포함한다. He-Ne 레이저는 단색 광원(1)으로서 사용된다. 이방성 박막에 대응하는 박막 샘플(3)은 샘플 스테이지(4) 상에 장착된다. 후술되는 바와 같이, 샘플(3)로부터 반사된 광은 CCD 카메라(6)에 의해 검출되고 광 강도 분포는 모니터(8)에 표시된다. 빔 신장기(9)는 입사광의 직경을 확장하기 위해 사용되며 복수의 렌즈의 결합으로 이루어 졌다. 콘덴서(10)는 광 검출기(CCD 카메라)의 수광면에 입사되는 광의 직경을 조정하는데 사용된다.

단색 광원(1)으로부터의 광은 빔 신장기(9), 편광자(2), 위상 변환기(7), 샘플(3), 검광자(5), 콘덴서 렌즈(10) 및 CCD 카메라(6)를 관통한다. 반사된 광에서의 콘덴서 렌즈는 입사광의 직경, 광 검출기의 수광면의 크기 및 관측될 영역의 크기간의 관계에 따라 불필요하게 될 수도 있다.

도 2에 나타난 바와 같이, 입사광측에 배열된 빔 신장기(9)는 편광자(2)와 위상 변환기(7)의 하류에 배치될 수도 있다. 더욱이, 반사측에 배열된 콘덴서 렌즈(10)는 검광자(5)의 상류에 배치될 수도 있다. 도 2에 나타난 구조는 입사광의 직경이 편광자(2)와 위상 변환기(7) 등의 광학 소자의 유효 직경보다도 크게 해야할 때 사용된다. 광의 편광 상태는 렌즈를 관통함으로써 변화되기 때문에, 편광의 변화가 작은 저개구수 렌즈를 빔 스플리터와 콘덴서용으로 사용하거나, 도 2에 나타난 구조에서 정류기(rectifier)와 같은 편광 보상의 메카니즘을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 단색광을 백색광원과 필터에 의해 구해진 입사광으로서의 단색광과, 백색광원과 스플리터에 의해 구해진 단색광을 사용할 수 있다.

도 3은 백색광원을 이용한 배열의 일례를 나타낸다. 도 3에서, 유사한 부분들에는 도 2에서 사용된 동일 참조 번호가 부여된다. 할로겐 램프는 백색광원(21)으로서 사용된다. 간섭 필터와 같은 필터(31)는 백색광원의 전면(입사측)에 배치된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 반사측에는 필터(31)와 스플리터(도시되지 않음)를 배치할 수 있다.

도 5를 참조하여, 샘플 스테이지(4)의 구조에 관해 설명할 것이다.

도시된 샘플 스테이지(4)는 후술되는 바와 같이 회전 메카니즘과 평행 이동 메카니즘을 포함한다. 특히, 샘플 스테이지(4)는 회전 스테이지(37), 평행 이동 스테이지(32, 33), 샘플 지지대(36) 및 경사각 조정 메카니즘(35)를 포함하고, 평행 이동 스테이지(32, 33)는 그 이동 방향에 서로 수직하다. 샘플 지지대(36)의 경사각은 경사각 조정 메카니즘(34)에 의해 조정된다. 샘플 지지대(36)의 높이는 평행 이동 메카니즘(35)에 의해 조절된다.

샘플은 다음 단계에 따라 생성되었으며 5mW의 He-Ne 레이저를 광원으로서 사용함으로써 도 1에 도시된 평가 장치에 의해 평가되었다.

두께가 500nm인 Cr막이 글래스 기판(코닝(corning) 705g) 상에 증착된 후, 닛산 가가꾸사에 의해 제조된 폴리이미드 PI-C가 Cr막 상에 스핀 코팅되었다. 스핀 코팅된 글래스 기판이 30분 동안 90℃에서 가열되고나서 60분 동안 250℃에서 더 가열되었다. 폴리이미드막의 측정된 막 두께는 파이브 라보사에서 제조된 엘립소메트릭 미터(ellipsometric meter) MARY-102를 사용함으로써 입사각이 70°인 조건하에서 72nm였다.

다음으로, 직경이 50nm인 연마용 롤러(emery roller)를 이용하여, 관통 길이 0.05mm, 회전 속도 800rpm 및 기판 이동 속도 30mm/s로 러빙을 행함으로써 샘플(3)이 생성되었다. 러빙이 수행될 때, 러빙 처리되지 않은 영역은 막 표면의 일부를 알루미늄 포일로 피복한 채로 보관하였다.

샘플(3)은 도 5에 도시된 샘플 스테이지(4) 상에 배치되었고 편광 방향이 P 편광 성분이고 광 검출 방향이 s 편광 성분으로 하는 출력 30mW인 He-Ne 레이저 빔을 입사각 50°로 입사하였다. 입사각의 직경은 빔 신장기(9)에 의해 약 7mm까지 확장하였다. 샘플 위치를 조정하여 입사광이 러빙 처리되지 않는 영역에 제공되도록 하였다.

이후, 위상 변환기(7)의 방향은 45°로 결정하였다. 또한, 편광자(2) 및 검광자(5)의 방향을 조정하여 검출기(6)(CCD 카메라)에 의해 검출된 광의 강도의 합이 최소가 되도록 하였다. 검출된 광 강도들 간의 차이를 광 이방성의 유무에 따라 관측하기 위하여, 샘플의 위치는 이동되었으며, 이는 러빙 처리된 영역과 러빙 처리되지 않은 영역에 광을 제공하기 위한 것이다. 샘플의 방향은 회전스테이지(37)에 의해 조정되었다. 회전 스테이지(37)의 회전 중심은 샘플 표면에 입사되는 입사광의 중심과 일치하도록 조정되었다.

러빙 처리가 행해지는 방향에 수직한 광이 입사되는 샘플 방향이 0°로 정의될 때, 샘플 방향의 0°, 45°, 90°, 135° 및 180° 각 경우에서 구해지는 검출된 강도 분포는 도 6 내지 도 10에 나타나 있다. 이들 도면에서, 도면의 좌측으로부터 광이 입사된다. 도 6 내지 도 10에서, 하이 레벨의 검출 강도는 백색으로 도시된다. 임의의 입사 방향에서, 러빙 처리가 이루어지는 영역의 검출 강도는 러빙 처리가 이루어지지 않은 영역보다 더 높게 된다. 더욱이, 러빙 처리 영역상의 러빙 방향에 따라 스트라이프 패턴이 존재하게 된다. 이는 막에 생성된 광학적인 이방성의 분포 때문이다. 도 6에서, 좌측의 어두운 영역은 러빙 처리되지 않은 영역을 나타내고, 도 6 내지 도 10으로부터 명백한 바와 같이, 이는 러빙처리된 영역의 광학적 이방성을 나타낸다. 모든 방향에서 발견된 많은 휘점들(luminescent spots)은 막 내에 혹은 막과 기판 사이에 삽입된 이물질들이다. 이들 도면에 나타난 바와 같이, 샘플에 입사된 광 방향과 막의 이방성으로 인한 러빙 방향의 각에 따라 이방성 영역에서 상이한 검출 강도가 관측되었다.

위상 변환기(7)가 도 1 내지 도 4의 입사측에 배치되었지만, 도 11에 나타난 바와 같이, 입사측에는 편광자(2)만을 배치하고 반대측에 위상 변환기(7)과 검광자(5)를 배치할 수도 있다. 도 11에서, 유사 부분들에는 도 1의 동일 참조 부호가 부여된다.

도 12에 나타난 바와 같이, 빔 신장기(9)는 편광자(2)와 위상 변환기(7)의하류에 배치될 수도 있다. 게다가, 콘덴서 렌즈(10)는 검광자(5)의 상류에 배치될 수도 있다. 이 경우에, 광의 편광 상태가 렌즈를 관통함으로써 변화되기 때문에, 빔 스플리터와 콘덴서에 대한 편광의 변화가 작은 저개구수 렌즈를 사용하거나, 구조상 정류기(rectifier)와 같은 편광 보상의 메카니즘을 사용하는 것이 바람직하다.

백색광원(1) 대신에 백색광원과 필터에 의해 단색 광을 구할 수 있으며, 백색광원과 스플리터에 의해 단색 광을 구할 수 있다.

도 13은 백색광원을 이용한 배열을 나타낸다. 도 13에서, 유사한 부분들은 도 11에서와 동일 참조 부호로 표시된다. 할로겐 램프는 백색광원(21)으로서 사용된다. 간섭 필터와 같은 필터(31)는 백색광원의 전면(입사측)에 배치된다.

도 14에 도시된 바와 같이, 필터(31)와 스플리터(도시되지 않음)는 반사측에 배치되도록 배열될 수도 있다. 도 14에서, 유사 부분들에는 도 12에서의 동일 참조 번호가 부여된다.

도 13에서, 단색광은 150W의 할로겐 램프, 중심 파장 540nm 및 10nm의 파장폭을 갖는 간섭 필터를 조합함으로써 입사광으로서 사용된다. 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 위상 변환기의 방향은 고정된다. 편광자(2)와 검광자(5)의 방향을 조정함으로써 소광(extinction)을 얻을 수 있다. 또한, 편광자의 방향을 고정하고 반대측에서 위상 변환기(7)와 검광자(5)의 방향을 조정함으로써 소광할 수 있다. 이들 경우, 편광자의 방향은 45°로 정의되고 s 편광 성분과 p 편광 성분이 서로 등가가 되는 직선 편광은 입사광으로서 사용된다. 입사각은 50°로 정의되고, 입사광은 8mm의 직경을 갖는 원형으로 정의된다.

이 장치에서 측정된 샘플은 다음 단계에 따라 만들어졌다. 닛산 가가꾸사에 의해 제조된 폴리이미드 PI-B는 실리콘 기판 상에 스핀-코팅되었다. 스핀 코팅된 실리콘 기판은 30분 동안 90℃에서 가열되고나서 60분 동안 250℃에서 더 가열하여 샘플 B를 만들었다. 폴리이미드막의 측정된 막 두께는 파이브 라보사에서 만들어진 엘립소메트릭 미터 MARY-102를 사용함으로써 입사각이 70°인 조건하에서 72nm였다.

다음으로, 직경이 50nm인 연마용 롤러(emery roller)를 이용하여, 관통 길이 0.05mm, 회전 속도 800rpm 및 기판 이동 속도 30mm/s로 2회 러빙을 행함으로써 샘플(3)이 생성되었다. 샘플의 일부를 60분 동안 실내 온도에서 아세톤에 담근 후, 실내 온도의 순수에 담근 후 대기중에서 건조하였다.

샘플 위치는 샘플 표면상의 아세톤처리된 영역상의 입사광이 입사되도록 조정되었다. 이후, 편광자(2)과 검광자(5)의 방향은 검출기(6)(CCD 카메라)에 의해 검출된 광의 강도의 합이 최소가 되도록 조절되었다. 광학적 이방성의 유무에 따라 검출된 광 강도들 간의 차이를 관측하기 위하여, 샘플의 위치는 평행 이동 스테이지(32, 33)로 이동하여 러빙 처리된 영역과 그렇지 않은 영역에 광을 제공하였다. 샘플 방향은 회전 스테이지(37)를 사용함으로써 조정되었다. 회전 스테이지(37)의 회전 중심은 샘플 표면에 입사되는 입사광의 중심과 일치하도록 조정되었다.

도 15는 러빙 방향에 대해 각 60°의 방향으로부터 광이 입사함으로써 구해진 검출된 강도 분포를 나타낸다. 도 15에서, 광은 도면의 좌측으로부터 샘플에 입사되고 좌측의 어두운 영역은 아세톤 처리된 영역을 나타낸다. 도면으로부터 명백한 바와 같이, 아세톤 처리되지 않은 영역에서의 검출된 강도가 아세톤 처리된 영역에서보다 더 높다는 것이 관측된다. 따라서, 막 내의 분자 배향 상태가 아세톤 처리에 의해 변화하였다는 것이 발견할 수 있다.

전술한 바와 같이, 백색광이 광원이고 위상 변환기가 반사된 광측에 배열되는 구조에서 샘플의 광학적 이방성의 면내 분포를 측정할 수 있다.

도 16을 참조하면, 복수의 파장이 입사하고, 3판식 컬러 CCD 카메라 등의 복수의 파장의 광 강도를 검출하여 컬러 이미지로 합성하는 2차원 광 강도 검출기와, 복수의 투과 간섭 필터를 조합함으로써 각 파장의 검출된 강도 분포를 컬러 이미지로 표시하는 기능을 갖는 장치가 도시되어 있다. 유사 부분들은 도 14의 동일 참조 부호로 표시된다.

도 16에서, 3판식 컬러 CCD 카메라(41)는 2차원 위치 민감 검출기로서 사용된다. 복수의 파장들은 필터(31)에 의해 투과된다. CCD 카메라(41)에 의해 검출된 강도 분포는 모니터(8)상에 표시된다. 빔 스플리터는 편광자의 상류측에 배치될 수도 있다. 콘덴서 렌즈는 광 검출기 바로 전에 배치될 수도 있다. 멀티 파장 필터는 광원과 광 검출기 사이의 임의의 위치에 배치될 수 있다.

샘플 박막의 광학적 이방성의 면내 분포를 측정하기 위하여, 도 13을 참조하여 설명된 것과 유사한 샘플을 사용하였다. 도 5에 나타난 샘플 스테이지가 사용되었다. 광원은 150W의 할로겐 램프였다. 입사각은 55°였다. 투과 파장 밴드640nm, 530nm, 400nm에서 20nm의 폭의 피크를 갖는 간섭 필터가 사용되었다. 입사광은 원형의 약 8mm의 직경의 단면을 갖는 빔 신장기로부터 광으로서 정의되었다. 광 검출기로서, 3판형 컬러 CCD 카메라(동경전자공업, 상품명: 3-CCD 컬러 카메라 CS5850)가 사용되었다.

샘플 위치는 샘플 표면에서 아세톤처리된 영역상에 입사광이 입사되도록 조정되었다. 편광자 및 검광자의 방향은 검출기(CCD 카메라)에 의해 검출된 광의 강도의 합이 최소가 되도록 조정되었다. 광학적 이방성의 유무에 따라 검출된 광 강도들간의 차이를 관측하기 위하여, 샘플의 위치는 러빙 처리된 영역과 그렇지 않은 영역에 평행 이동 스테이지(32, 33)에 의한 광이 제공되도록 이동되었다. 샘플 방향은 회전 스테이지(37)에 의해 조정되었다. 3개의 회전 스테이지(37)의 회전 중심은 샘플 표면에 입사되는 입사광의 중심과 일치하도록 조정되었다.

도 17은 530nm의 광이 소광되는 조건(초록색의 모든 검출된 강도가 최소가 됨)에서 측정함으로써 구해진 이미지를 나타낸다. 광은 도 17의 좌측에 입사되고, 러빙은 하부에서 상부로 행해진다. 즉, 러빙 방향에 수직한 방향으로 광이 입사된다.

도 17에서, 레드 영역은 아세톤 처리된 영역이고 블루 영역은 아세톤 처리되지 않은 영역이다. 도 17에 도시된 바와 같이, 광학적 이방성의 차이를 컬러로 가시성 좋게 측정하고 표시할 수 있다.

전술된 바와 같이, 렌즈 시스템과 편광자에 의해 소정 직경을 갖는 일정한편광 상태로 광을 입사함으로써 생성된 반사된 광은 위상 변환기와 검광기를 통과하게 된다. 통과된 광이 수신됨으로써, 2차원 위치 민감 검출기는 검출된 광 강도 분포를 측정한다. 따라서, 박막 샘플의 광학적 이방성의 분포를 고속으로 측정할 수 있다. 광은 렌즈 시스템과 편광자 이외에 위상 변환기를 사용함으로써 입사될 수도 있다. 회전 기능과 평행 이동 기능을 갖는 샘플 스테이지를 사용하는 것이 바람직하다. 부가적으로, 백색광원, 멀티 파장 필터 및 컬러 CCD 카메라를 조합하여 사용할 수도 있다.

Claims

이방성 박막 평가 방법에 있어서,

렌즈, 편광자, 및 위상 변환기를 이용하여 소정 직경과 편광 상태를 갖는 광 빔을 생성하고, 상기 광 빔을 상기 이방성 박막에 대응하는 박막 샘플에 입사광으로서 투사시키는 단계;

검광자(analyzer)를 거쳐 2차원 광 강도 검출기에 의해 상기 박막 샘플로부터 구해진 반사된 광을 검출하여 광 강도 분포를 구하는 단계; 및

상기 광 강도 분포에 기초하여 상기 박막 샘플의 광학적 이방성의 면내 분포를 평가하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 박막 평가 방법.
제1항에 있어서, 상기 박막 샘플을 그 샘플 면내에서 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 박막 평가 방법.
제1항에 있어서, 상기 박막 샘플을 그 샘플 면내에서 평행 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 박막 평가 방법.
제1항에 있어서, 상기 2차원 광 강도 검출기는 상기 검광기 이외에 상기 위상 변환기를 통하여 상기 반사된 광을 검출하는 것을 특징으로 하는 이방성 박막평가 방법.
제1항에 있어서, 상기 광 빔은 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 이방성 박막 평가 방법.
제1항에 있어서, 상기 광 빔은 백색광인 것을 특징으로 하는 이방성 박막 평가 방법.
제6항에 있어서, 상기 백색광으로부터 특정 파장 빔을 취하여 상기 특정 파장 빔을 상기 입사광으로서 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 박막 평가 방법.
제6항에 있어서, 상기 반사된 광으로부터 특정 파장 빔을 취하여 상기 특정 파장 빔을 상기 2차원 광 강도 검출기에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 박막 평가 방법.
제6항에 있어서, 상기 2차원 광 강도 검출기는 서로 파장이 상이한 복수의 광 빔의 강도를 검출하여 컬러 이미지 신호를 생성하고,

상기 방법은

상기 백색광으로부터 서로 파장이 상이한 상기 광 빔을 취하는 단계;

상기 2차원 광 강도 검출기가 상기 광 빔에 기초하여 컬러 이미지 신호를 생성하게 하는 단계; 및

상기 컬러 이미지 신호에 기초하여 컬러 이미지를 표시하는 단계를 포함하는

것을 특징으로 하는 이방성 박막 평가 방법.
제6항에 있어서, 상기 백색광으로부터 서로 파장이 상이한 복수의 광 빔을 취하는 단계; 및

상기 편광자, 상기 위상 변환기 및 상기 검광기의 방향을 조정하여 상기 광 빔들의 특정 파장 빔의 강도의 합이 최소가 되도록 하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 박막 평가 방법.
이방성 박막 평가 장치에 있어서,

렌즈, 편광자 및 위상 변환기를 포함하며, 소정 직경과 편광 상태를 갖는 광 빔을 생성하여, 상기 광 빔을 상기 이방성 박막에 대응하는 박막 샘플에 입사광으로서 투사시키는 광 시스템;

상기 박막 샘플의 광학적으로 하류측에 배치된 검광자;

상기 검광자의 광학적으로 하류측에 배치되어 상기 검광자를 통해 상기 박막 샘플로부터 구해진 반사광을 검출하여 광 강도 분포를 구하는 2차원 광 강도 검출기; 및

상기 2차원 광 강도 검출기에 접속되어 상기 광 강도 분포에 기초하여 상기박막 샘플의 광학적 이방성의 면내 분포를 평가하기 위한 평가부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 박막 평가 장치.
제11항에 있어서, 상기 박막 샘플을 그 샘플 면내에서 회전시키는 샘플링 스테이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 박막 평가 장치.
제11항에 있어서, 상기 박막 샘플을 그 샘플 면내에서 평행 이동시키는 샘플링 스테이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 박막 평가 장치.
제11항에 있어서, 상기 광 검출기와 상기 2차원 광 강도 검출기 사이에 배치된 위상 변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 박막 평가 장치.
제11항에 있어서, 상기 광 빔은 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 이방성 박막 평가 장치.
제11항에 있어서, 상기 광 빔은 백색광인 것을 특징으로 하는 이방성 박막 평가 장치.
제16항에 있어서, 상기 광 시스템은 상기 백색광으로부터 특정 파장 빔을 취하여 상기 특정 파장 빔을 상기 입사광으로서 사용하기 위한 파장 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 박막 평가 장치.
제16항에 있어서, 상기 반사된 광으로부터 특정 파장 빔을 취하여 상기 특정 파장 빔을 상기 2차원 광 강도 검출기에 공급하기 위한 파장 선택부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 박막 평가 장치.
제16항에 있어서, 상기 2차원 광 강도 검출기는 서로 파장이 상이한 복수의 광 빔의 강도를 검출하여 컬러 이미지 신호를 생성하고,

상기 장치는

상기 백색광으로부터 서로 파장이 상이한 상기 광 빔을 취하는 파장 선택부;

상기 2차원 광 강도 검출기가 컬러 이미지 신호를 생성하게 하는 이미지 신호 생성부; 및

상기 컬러 이미지 신호에 기초하여 컬러 이미지를 표시하기 위한 상기 이미지 신호 생성 수단에 접속된 표시부를 포함하는

것을 특징으로 하는 이방성 박막 평가 장치.
제16항에 있어서, 상기 백색광으로부터 서로 파장이 상이한 복수의 광 빔을 취하기 위한 파장 선택부; 및

상기 편광자, 상기 위상 변환기 및 상기 검광기의 방향을 조정하여 상기 광 빔들의 특정 파장 빔의 강도의 합이 최소가 되도록 하는 조정부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 박막 평가 장치.